(57)【要約】【課題】  ステアリングホイールの操舵角に応じて舵角比を可変可能な操舵装置を提供する。【解決手段】  ピニオン７ｂがステアリングホイールの回転に従って回転するピニオン軸７ａにピニオン７ｂが形成されている。ピニオン７ｂの噛合面７ｂ’の中心Ｓ１とピニオン軸７ａの中心Ｓ２とをオフセットさせる。ラック７ｄがピニオン７ｂと噛合し、その噛合面７ｄ’がピニオン７ｂとピニオン軸７ａとのオフセット量に応じて波打った形状に形成される。操舵するときステアリングホイール３の回転にしたがってピニオン７ｂが回転し、その回転がラック７ｄに伝達され、ラック７ｄの直線移動によって操舵輪が転舵される。この際、ピニオン７ｂの回転中心である中心Ｓ２と噛合点との距離がピニオン７ｂの回転に応じて変化するため、操舵角が可変になる。【選択図】      図３
2006137256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの回転に従って回転するピニオンと、前記ピニオンと係合しピニオンの回転に応じて操舵輪を転向させるラックとを備える操舵装置において、
前記ピニオンの回転中心から、前記ピニオンとの係合点までの距離を、前記ピニオンが中立位置のとき最短とし、前記中立位置から前記ピニオンの回転に応じて変化させたことを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
前記ピニオンの係合面が円周面であり、前記円周面の中心に対して前記ピニオンの回転中心を中立位置のときの係合点方向にオフセットさせて前記ピニオンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
【請求項３】
前記ピニオンの係合面上の各係合点と前記回転中心との距離に応じて前記ラックの係合面の形状を設定し、前記ラックが形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操舵装置。
【請求項４】
前記ピニオンの係合面と前記ラックの係合面に、それぞれ噛合可能なギアが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールの操舵角に応じて操舵角と操舵輪の転舵角との舵角比を可変する操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵装置としては、ラックアンドピニオン機構を備えたものが知られている。このような操舵装置では、ステアリングホイールと操舵輪の間にラックアンドピニオン機構が介在されラックアンドピニオン機構によって、ステアリングホイールの回転運動を一旦、直線運動に変えて操舵輪を転向させている。このような操舵装置において、舵角比をステアリングホイールの操舵角に応じて変化させるため、例えば特許文献１ではステアリングホイールに連結される入力軸とピニオンの回転軸の間に非等速比の楕円歯車装置を取り付け、ステアリングホイールからくる回転運動をステアリングホイールの回転角（操舵角）に応じて非等速比の回転運動に変えてピニオンに出力し、ステアリングホイールの操舵角に応じて非線形の舵角比で操舵輪を転向することを実現している。
また、このほか、楕円歯車装置を用いる代わりに、ラックに形成されたギアのピッチを例えば中立位置のとき最小とし、中立位置から両側にいくほど大きくするような非均一ピッチとすることによって、ステアリングホイールの操舵角に応じて舵角比を可変させている。
【特許文献１】特開平６−１１５４４２号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の技術では、操舵角に応じて舵角比を可変させるために製造コストがかかるという問題があった。例えば前者の場合、通常の構成に比べると余分に楕円歯車機構が設けられ新たな歯車が追加されるため、歯車のガタ分がステアリングホイール側に上乗せられているとともに、構造が複雑になり部品点数が増加する。また、楕円歯車の加工が複雑で、加工コストが高い。
また、後者の場合、ラックに形成されたギアのピッチをラック上の位置に応じて異ならせているので、加工が複雑になるとともに、ピニオンとの噛合関係を維持する必要があるため、ピッチの変化できる量が限られている。よってコストがかかった割には舵角比を可変にした効果が薄い。
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、簡単な構造で、製造コストが低く、しかも舵角比の可変範囲を大きくすることのできる操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、請求項１に記載の発明は、ステアリングホイールの回転に従って回転するピニオンと、前記ピニオンと係合しピニオンの回転に応じて操舵輪を転向させるラックとを備える操舵装置において、前記ピニオンの回転中心から、前記ピニオンとの係合点までの距離を、前記ピニオンが中立位置のとき最短とし、前記中立位置から前記ピニオンの回転に応じて変化させたものとした。
これによって、同じステアリングホイールの回転角（操舵角）に対して中立位置付近ではラックの移動量が少なく、それ以外の位置ではラックの移動量が大きくなるので、操舵角に応じて舵角比を可変することができる。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、前記ピニオンの係合面が円周面であり、前記円周面の中心に対して前記ピニオンの回転中心を中立位置のときの係合点方向にオフセットさせて前記ピニオンが形成されたものとした。
これによって、請求項１と同様に、同じステアリングホイールの回転角（操舵角）に対して中立位置付近ではラックの移動量が少なく、それ以外の位置ではラックの移動量が大きくなるので、操舵角に応じて舵角比を可変することができる。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、前記ピニオンの係合面上の各係合点と前記回転中心との距離に応じて前記ラックの係合面の形状を設定し、前記ラックが形成されたものとした。
これによって、ピニオンを回転させたとき、ピニオンの回転中心と係合点の距離が変化しても、上下動することなく所望の直線方向にラックを移動させることができる。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、前記ピニオンの係合面と前記ラックの係合面に、それぞれ噛合可能なギアが形成されているものとした。
これによって、ステアリングホイールからの運動をピニオンから確実にラックに伝達することができる。
【０００８】
なお、前記各発明は、前記ピニオンまたはラックには前記ステアリングホイールを操作時の操舵トルクに応じた補助操舵トルクを出力する補助操舵トルク発生手段を設けるのが好ましい。
これによって、転舵比が大きくなったところでも、大きな操舵力を必要としないので運転者が容易に転舵させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来に比べて舵角比の可変範囲を大きくすることができるとともに、部品点数の少ない簡単な構成で、製造コストが抑えられる操舵装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る操舵装置の一実施形態を図面により説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置の模式図である。
ステアリングホイール３に一体に設けられたステアリング軸２ａに連結軸２ｂを介してラック＆ピニオン機構７のピニオン軸７ａが連結されている。連結軸２ｂの両端に自在継ぎ手２ｃ，２ｄが備えられ、この自在継ぎ手２ｃ，２ｄによってピニオン軸７ａとステアリング軸２ａとが、一定の角度をなし、かつ運動の伝達が可能になる。
ピニオン軸７ａの先端にピニオン７ｂが形成され、このピニオン７ｂと噛み合うようにラック７ｄが取り付けられている。このピニオン７ｂとラック７ｄの噛合により、ステアリングホイール３からくる回転運動をピニオン軸７ａを介してラック７ｄに伝達することができる。ラック７ｄはラック軸７ｃに固定され、ラック軸７ｃの両端に連結されたボールジョイント８，８よびタイロッド９，９を介して操舵輪Ｗ，Ｗと連結されている。
したがって、ステアリングホイール３を回転させて操舵するとき、ピニオン７ｂの回転によって、ラック軸７ｃがステアリングホイール３の回転方向に応じて左方向または右方向に移動し、操舵輪Ｗ、Ｗが転向される。
【００１１】
ピニオン軸７ａには、電動機６が取り付けられているとともに、ステアリングホイール３を操作するときの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサＴＳが付設されている。制御装置４は、操舵トルクセンサＴＳからの操舵トルク情報と車両側に設置された車速センサＶＳからの車速情報に基づいて電動機６を制御するための駆動電流を演算し、電動機６に出力することによって電動機６を駆動する。
これによって、操舵する際に操舵トルクに応じた補助操舵トルクが発生され、運転者が容易に転舵させることができる。
【００１２】
次に、電動パワーステアリング装置の構成を説明する
図２は、電動パワーステアリング装置の要部構成を示す断面図である。
ラック＆ピニオン機構７を収納するハウジング２０の上部開口部がリッド２２によって塞がれている。リッド２２の中央にピニオン軸７ａが挿通されるとともに、壁部にピニオン軸７ａから操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサＴＳが取り付けられている。リッド２２の先端には、オイルシール２２ｂが設けられている。さらに、リッド２２の外周面には、制御装置４を収納するための収納ケース２２ｃが取り付けられている。
【００１３】
ピニオン軸７ａは、下端部および中央部で２つの軸受２３，２４によって回転自在にハウジング２０に支持されている。軸受２４より上にスペーサ２４ａを介してウォームホイール１１ｃが固定されている。軸受２４の下方には止め輪２４ｂが取り付けられている。ピニオン軸７ａの下部にはピニオン７ｂが一体で形成されており、さらにその下端部にねじ部７ｅが形成されている。ねじ部７ｅにはナット７ｆがねじ込まれて、ハウジング２０におけるピニオン軸７ａの軸方向の移動を規制している。そして、ハウジング２０の最下端には、ナット７ｆを覆うように袋ナット２５が取り付けられている。ピニオン軸７ａの上端部がリッド２２から外方に突出し、連結軸２ｂを介してステアリングホイール３０（図１参照）と連結可能になっている。
【００１４】
ハウジング２０のラック軸７ｃ側には、ラックガイド２６が設けられている。ラックガイド２６は、ラック７ｄの反対側からラック軸７ｃに当てるガイド部２６ａや、このガイド部２６ａを圧縮ばね２６ｂを介して押圧する調整ボルト２６ｃ等から構成されている。このラックガイド２６では、ハウジング２０にねじ込んだ調整ボルト２６ｃによって圧縮ばね２６ｂを介してガイド部２６ａを押圧することによって、ガイド部２６ａでラック７ｄをピニオン７ｂに押し付けている。ガイド部２６ａは、当接部材２６ｄによってラック軸７ｃの背面を滑らせて押している。また、ラックガイド２６は、ロックナット２６ｅによってハウジング２０に取り付けられている。
電動機６の駆動軸１１ａにウォームギア１１ｂが連結され、このウォームギア１１ｂがウォームホイール１１ｃと噛合するように電動機６がハウジング２０に固定されている。
【００１５】
次に、本発明に係るラック７ｄとピニオン７ｂの構成について説明する。
図３は、ラックとピニオンの構成を示す斜視図である。
ラック７ｄは、その噛合（係合）面７ｄ’が波打った形状で形成されている。ピニオン７ｂは円形の噛合（係合）面７ｂ’を有するとともに、噛合面７ｂ’の中心Ｓ１がそれに連結されるピニオン軸７ａの中心Ｓ２とオフセットされている。これによって、ピニオン軸７ａの中心Ｓ２からピニオン７ｂの噛合（係合）面７ｂ’上の各点までの距離が異なることになる。すなわち、ピニオン７ｂは、ピニオン軸７ａを中心に回転するとき、ピニオン軸７ａの回転角に応じて異なる半径でラック７ｄと噛合して運動を伝達することになる。
【００１６】
ピニオン７ｂにおいて噛合面７ｂ’の中心Ｓ１とピニオン軸７ａの中心Ｓ２とのオフセットに関しては、ステアリングホイール３が中立位置のとき、ピニオン７ｂの中心Ｓ１からラック７ｄと噛合するピニオン７ｂの噛合点方向にピニオン軸７ａの中心Ｓ２をオフセットさせている。これによって、中立位置では、噛合点とピニオン７ｂの回転中心である中心Ｓ２との距離が最も短くなるので、ピニオン７ｂとラック７ｄとの舵角比が最も小さい。この結果、中立位置でステアリングホイール３を操作し転舵させるとき、ステアリングホイール３の回転角（操舵角）に対して、ラック７ｄの移動量が最も少なくなり、舵角比が最小になる。
【００１７】
そして、中立位置からステアリングホイール３を回転させると、噛合点と回転中心である中心Ｓ２との距離が増大することによって、舵角比が次第に大きくなる。
ラック７ｄの噛合面７ｄ’の形状は、ピニオン７ｂの中心Ｓ１とピニオン軸７ａの中心Ｓ２とのオフセット量に応じて設定されている。すなわち、噛合点と回転中心である中心Ｓ２との距離をピニオン７ｂの回転角に応じて変化させたため、噛合面７ｄ’が平面のラック７ｄであると、ピニオン７ｂの回転によってラック７ｄが車幅方向に移動するとともに上下動する。しかし前記のようにラック７ｄの噛合面７ｄ’の形状をピニオン７ｂの中心Ｓ１とピニオン軸７ａの中心Ｓ２とのオフセット量に応じて設定することによって、上下動を防ぎラック７ｄを車幅方向にのみ移動させることができる。
【００１８】
図４は、本実施の形態による舵角比と、ピニオンとピニオン軸とをオフセットさせない従来との比較を示す図である。
図４によれば、マイナス方向（右方向）またはプラス方向（左方向）のいずれの方向にステアリングホイール３を回転させた場合でも、回転角が９０度の範囲では、転舵量がほぼ従来と同様になるが、９０度を過ぎたところからは、転舵量が大きく増加する。この結果、ステアリングホイール３を２４０度回転させれば、１００％の転舵量を達成できる。これに対して従来の場合、同じ転舵量で増加するのでステアリングホイールを５４０度回転させる必要がある。
【００１９】
すなわち、本実施の形態によれば、大きなステアリング操作を行わない高速走行中は従来と変わらぬ安定した操舵フィーリングを得ることができる。大きなステアリング操作を行う低速走行時の曲り角または車庫入れのときは、従来と同じステアリング操作であっても操舵輪Ｗ，Ｗの転舵量が大きくなるので、車庫入れなどが容易に行える。
なお、舵角比が大きいときは、転舵させるための操舵トルクも大きくなるが、電動機６による補助操舵トルクで従来と変わらぬ操舵トルクでステアリング操作ができる。
以上のように発明の実施の形態について説明をしたが、実施の形態で示した構成は一例であり、変形して実施することも当然可能である。例えばピニオン７ｂの噛合面７ｂ’は必ずしも円周面である必要はなく、楕円など他の形状にすることができる。要するに回転中心である中心Ｓ２に対して噛合点の距離をピニオン７ｂの回転に応じて変化させればよい。また、上下動でも構わないときは、ラック７ｄの噛合面７ｄ’を平面とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の要部構成を示す断面図である。
【図３】ラックとピニオンの構成を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態による舵角比と、ピニオンとピニオン軸とをオフセットさせない従来との比較を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
２ａ    ステアリング軸
３      ステアリングホイール
６      電動機
７      ピニオン機構
７ａ    ピニオン軸
７ｂ    ピニオン
７ｂ’  噛合面
７ｃ    ラック軸
７ｄ    ラック
７ｄ’  噛合面
１１ｂ  ウォームギア
１１ｃ  ウォームホイール
２６    ラックガイド
２６ａ  ガイド部
ＴＳ    操舵トルクセンサ
Ｗ      操舵輪
【図１】
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【図２】
2006137256.tif 000004
【図３】
2006137256.tif 000005
【図４】
2006137256.tif 000006